JPS6057603A - 変圧器用冷却器の制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、電力用変圧器の冷却器の運転制御回路、とく
に変圧器の総損失を最小とする運転制御回路に関する。

〔従来技術とその問題点〕

多くの分野で省エネルギー化の推進が強くめられており
、可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦと＠称）インバータに
よりポンプあるいはファン等の電動機を可変速制御する
ことによりＳ動機の損失を低減する方法が知られている
。電力用変圧器においても送油循環ポンプや放熱器用冷
却ファン等の冷却器用１！動機の損失、すなわち補機損
を低減するためにＶＶｖＦインバータによる電動機の可
変速制御が行われている。この種の装置の制御回路とし
ては、従来マイクロコンピュータ（マイコンと略称）を
用いたものが知られている。すなわち、変圧器の運転状
態を丞す変圧器の負荷電流９周囲温度。

油温等を検出しこれらのデータを逐次マイコンを用いた
制徘部に入力し、変圧器の巻線や絶縁油の最高許容温度
限度内で変圧器の総損失が最小になるような冷却器用電
動機の回転数を逐次演算処理し、そのＩｌ！ｉｌＩ算結
果すなわち回転数制御信号をＶＶＶＦインバータに指令
する。’ＶＶＶＦインバータは回転数制御信号を受けて
冷却器用常動機の電源周波数および入力常圧を制御する
。一般に冷却器の冷却能力はポンプ、ファン等の回転数
（周波数）のほぼ１乗に比例するのに対し、補機損は回
転数（周波数）のほぼ１．５乗〜２．５乗に比例すると
いう基本特性を持つために、変圧器の負荷率に比例して
電動機の電源周波数を変えることにより、補機損を低減
することができる。

ところが、上述のような制御装置は一般に、変圧器に近
接した屋外に設置される場合が多く、マイコンを用いた
制御回路を構成する高密度集積回路たとえばディジタル
ＩＣ等の電子部品の耐候性や耐熱性等に特に注意をはら
う必要がある。またこのような装置では、使用電子部品
の点数も多くなり高価なものになる。また演ｎ部に使用
される記憶用ｆｃ　（ＲＯＭ　、　ＲＡＭ　）は演算に
必要な対象変圧器の緒特性（負荷損、補機損５巻線温度
上昇値、油温度上昇値等）を記憶しているため、万一外
部からのノイズによりこの記憶データがこわれてしまっ
た場合、制御装置が暴走する恐れがある。この場合、再
び記憶データを専用の装置で記憶ＩＣに入力する必要が
あり、故障の復旧に時間がかかるために、長時間の停電
を金儲なくされるなどの不都合が生ずる。

（発明の目的〕 本発明は前述の状況に鑑みてなされたもので、外来サー
ジ電圧や電気的ノイズによって誤動作せず、耐候性にす
ぐれ、変圧器の運転状態に対応して変圧器の総合損失が
最小となるよう冷却器用電動機の回転数を連続制御でき
る制御回路を備え、省エネルギー化された電力用変圧器
を提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

本発明によれば、上述の目的は、変圧器の運・転駄態に
おける総合損失を最小にする冷却器用電動機の運転周波
数は、変圧器の設計データや試験成績を用いて所定の算
式により計算すればあらかじめめられることに着目し、
変圧器の負荷電流と油温とを外部入力としこの外部入力
と電動機の運転周波数との相関関係を幾つかの係数を用
いて簡単化した特性曲線に整理し、この曲線規則性に則
ってオペアンプ等の汎用電子回路や抵抗分圧器等を用い
たアナログ演算回路からなる制御回路によりＳ動機の運
転周波数指令信号を出力するよう構成することにより達
成された。すなわち、直両電源部を含む信号入力回路に
はフィルタや絶縁アンプ等を設けてサージ電圧や電妬的
ノイズの侵入を遮断し、信号入力回路を介して入力され
る負荷電流ならびに油温信号を２乗アンプ、和算回路、
温度補正回路ならびに無負荷損設定器からなるアナログ
演算回路に入力して変圧器の本体損失に比例した信号に
変換し、この本体損失信号ならびに油温信号を本体損失
と本体損失が最小となるｓｍ機の運転周波数との関係を
直線化するための３８ｉ類　・の係数を設定する最適化
係数設定回路こ入力し、設定器によりそれぞれ所定の大
きさ−こ変換された３踵類の信号を合成回路で合成する
ことにより、合成回路により常動機の運転周波数指令信
号力１出力され、サーボモータにより駆動されるポテン
ショメータからなる出力回路およびＶＶＶＦイン／ｆ−
夕を介して冷却器用電動機の電源周波数が制御されるよ
う構成した。

〔発明の実測例〕

以下本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明の実施例を示す変圧器用冷却器の制御回
路のブロック図である。図もこおし）で、１は電力用変
圧器、１１１は一次巻線、ｌｂ％ま二次巻線で、二次巻
線１ｂには負荷電流検出用の変流器２が、変圧器１のタ
ンク壁には油温検出用の測温抵抗体等の温度センサ３が
それぞれ設けられてνＡる。また４は変圧器用冷却器で
、図示しなりＡ複数の放熱器と、放熱器と変圧器を連結
する配管の途中に設けられたｖ１環ポンプ４ａと、放熱
器を強制風冷するファン４ｂとからなり、ポンプ４ａと
ファン４ｂとをそれぞれ駆動する複数の電動機の回転数
が本発明の制御回路により変圧器の総損失が最小になる
よう可変速制御されるものである。制御回路は、信号入
力回路１０、アナログ演算部２０、最適化係数設定回路
３０、合成回路４０．出力回路５０、ＶＶＶＦインバー
　タロ０とで構成されている。信号入力回路１０には変
流器２で検出された変圧器の負荷電流信号■と温度セン
サ３の出力信号Ｔとが外部信号として入力されており、
このうち負荷電流信号Ｉはノイズ吸収用フィルタ１１＠
を有する全波整流回路１１により直流電流に変換され、
変換回路１２により信号処理が容易な電圧信号ｖ１に変
換され、光結合部を有する絶縁アンプ１３を介して演ｍ
’ｆＡ２０に伝送される。また油温センサ３の信号Ｔは
絶縁アンプ１４を介して演算部２０および最適化係数設
定部３０に伝送され４また信号入力回路にはフィルタ、
絶縁変圧器等の雑音防止手段を有する直流−直流コンバ
ータ１５が設けられ、外部回路からのサージ電圧や電気
的ノイズを信号入力回路で阻止することにより、制御部
の誤動作や電子部品の破損等のトラブルを防止するよう
構成されている。

アナログ演算部２０は、絶縁アンプ１３を介して伝送さ
れた負荷電流信号ｖ１を入力とし変圧器の負荷損に比例
した信号ｖ１１を出力する２乗アンプ２１と、２乗アン
プ２１の出力負荷損信号Ｖ１１をレベル１ｌｆｆｉ整用
分圧器２２を介して一方の入力とし変圧器の勲負荷損に
比例した信号Ｖ＠を出力する無負荷損設定器２３の出力
をもう一方の入力とする和算回路２４と、和算回路２４
から出力される変圧器の本体損失に比例した信号（１１
ｓ＋ｖａ）のうち負荷損信号ｖ１を絶縁アンプ１４を介
して伝送される油温信号により温度補正する温度補正回
路２６とからなり、アナログ演算部からは無負荷損と温
度補正された負荷損の和からなる本体損失信号が出力さ
れる。

最適化係数設定部３０は、変圧器の許容最高温度以下の
所定の温度範囲内で変圧器の総損失が最小となる冷却器
用電動機の運転周波数Ｆと、アナログ演算部２０でめら
れた本体損失Ｗおよび油温Ｔとの関係が油温Ｔによって
平行移動する直線、たとえばＦ　：Ａ−Ｗ　＋Ｂ−Ｔ＋
Ｃなる関係式で表わせるようあらかじめめられた最適化
係数Ａ　、　Ｂ　、　、Ｃを設定する抵抗分圧器３１．
３２．３３と、オペアンプ３１ａ　、　３２ｇ　。

３３ａとで構成されている。合成回路４０は、最適化係
数設定部３０の出力信号Ａ−Ｗ、Ｂ−ＴおよびＣを合成
して上述のＦ　＝＝　Ａ　ｊＷ　十Ｂ　−Ｔ　＋Ｃなる
関係式にもとづいて周波数Ｆに対応した信号を出力する
。出力回路５０は本実施例においてはサーボアンプ５１
．サーボモータ５２により駆動される２連の抵抗分圧器
５３とにより構成されており、周波数指令信号が周波数
に比例した電圧信号として出力され、ＶＶＶＦインバー
タ６０を介して冷却器４のｓｕｍの回転数が可変速制御
される。ＶＶＶＦインバータによってはｍ’ｆｆＬに変
換された周波数指令信号により冷却器用電動機を可変速
制御するものもあるが、このような場合には出力回路５
０からは電流に変換された周波数指令信号を出力するよ
うにすればよい。

第２図は前述の実施例における負荷不対本体損失曲線で
、変圧器の設計データ、試験データ等を用いてあらかじ
めめられたものである。図４こおいて、横軸は変圧器の
負荷ｇＫで例えば絶縁アンプの出力負荷電流信号’Ｖｔ
　（第１図参照）に比例する。また図の縦軸は変圧器の
本体損失Ｗで、負荷率Ｋに無関係な無負荷損失Ｎｏと変
圧器の負荷率Ｋ（負荷電流）の２乗に比例する負荷損Ｗ
ｌとの和からなり、負荷損Ｗｉｔは負荷損１１の温度変
化分を示しており、変圧器の本体損失Ｗは図の二つの２
乗曲線イおよび口の間に存在する。第１図のアナログ演
算部２０においては、第２図石側の縦軸のように、２乗
アンプ２１で負荷損１１をｖｔ算して出力負荷損信号Ｖ
ｓを出力し、設定器２８により無負荷損Ｗｏを設定して
出力無負荷損信号ｖ８を出力し、和算回路２４で両者の
和Ｖｎ＋Ｖａを出力するとともに、温度補正回路２６で
温度補正±Δｖ１１を行うよう構成されている。

第３図は変圧器の本体損失と冷却器の運転周波数との関
係を示すグラフで、変圧器の総損失が最小になるようあ
らかじめ設定された係数Ａ、Ｂ、Ｃによって直線化され
たものである。図において、直線ハおよび二は前述の関
係式Ｆ　：＝Ａ−Ｗ　＋Ｂ−Ｔ　＋Ｃするように冷却器
用Ｓ動機の最低運転周波数ｖｌ１１ｒ１を規制するもの
で、第１図の接続図において、出力口［５０の分圧抵抗
器５３に直列に接続された可変抵抗器５４によって設定
される。その結果、合成回路からは第３図の直線ミニ、
およびホで囲まれた範囲の信号が出力され、サーボモー
タにより駆動される分圧抵抗器５３により図の右側縦軸
のように電圧に変換された？４彼数指令信号Ｖがｖｖｖ
ｐインバータ６０に出力され冷却器用電動機が可変速制
御される。分圧抵抗器６３には変圧器の定格負荷状態を
最大値Ｖｍａｘとする制御電圧が直流？に源１５から供
給されており、冷却器用電動機にはＶａｉｎから釉扛の
範囲で変圧器の本体損失に比例した周波数の電圧が供給
されることになる。

つぎに最低運転周波数設定用抵抗器５４の作用について
説明する。変圧器の送油配管系統には、油流指示器と、
送油ポンプ故障時の新油をとらえる新油リレーとが備え
られている。冷却器の送油ポンプを可変速制御する居合
、変圧器の負荷が軽い場合は送油ポンプの運転周波数が
定格周波数（５０Ｈｚまたは（ｉＱＨｚ）に対し相当低
Ｖ）周波数（たとえば１ＱＨｚ）になる。この居合、送
油量は周波数に比例して少なくなり油流指示器がｉ　「
Ｓ丁ＯＰＪを指示し、新油リレーが動作することになる
。したがって、新油リレーをロックするか、あるいは低
流速でも［５ＴＯＰＪ指示しない油流指示器を用いても
よいが、新油リレーをロックしてしまうと、送油ポンプ
の故障時には新油を検知できない。ことに既設変圧器に
本制御装置を適用する場合には上述の問題点が想定され
、たとえば油流指示器を低流速形に取り換えるために変
圧器油の抜き取りおよび再注油等の据付は場所における
油処理作業が必要となり、油処理のための時間と費用が
かかるのみでなく、変圧器の絶縁の信頚性に影響する可
能性があるために、既設器への本制御装置の適用が制約
されるという欠点がある。前述の実施例のように出力回
路６０に最低運転周波数設定用の可変抵抗器５４を設け
、前記新油リレーが動作しない範囲で冷却器用電動機を
可変速制御することにより、前述の問題が排除され、か
つ最低運転周波数領域では補綴損失が非常に小さいので
、省エネルギー効果にはほとんど支障を生じない。

〔発明の効果〕

本発明は前述のように、変圧器の総損失を最小にする冷
却器用電動機の運転周波数と変圧器の本体損失および平
均温度との関係を、変圧器の設計データや試験成績を用
いてあらかじめ簡単化された関係式にまとめておくこと
により、変流器および温度センサからの外部信号から変
圧器の本体損失をめるアナログ演算部と、上記関係式に
よりあらかじめめられた係数を設定する抵抗分圧器から
なる最適化係数設定器および汎用ｔＣからなる合成回路
とにより冷却器用電動機の運転周波数指令信号を出力し
、サーボモータにより駆動される分圧抵抗器およびＶＶ
ＶＦインバータにより冷却器用電ｍ機を可変速運転する
よう構成した。その結果電力装置の自動制御等に一般に
使用されるオペアンプ等の汎用ＩＣや抵抗分圧器、サー
ボ機構などを用いた簡単化された制御回路を構成するこ
とができ、高密度集積回路や記憶ＩＣを用いた従来装置
に比べて部品点数が少なく、かつ屋外使用におけるきび
しいＲ境条件に強い可変速制御回路を備えた変圧器を提
供できた。また外部信号の信号入力回路や直流電源部に
は電気ノイズ阻止用フィルタや光結合部を有する絶縁ア
ンプを配し、制御回路への異常電圧やノイズの侵入を防
止するよう構成した。その結果異常電圧による回路部品
の破損やノイズによる制御回路の誤動作等を排除した冷
却器用電動機の制御回路を提供できた。また出力回路に
ｆ！に低運転周波数を規制する可変抵抗器を設けるよう
構成したことにより、新油リレー等の動作を阻害するこ
とが防止され、既設の変圧器にも容易に適用できる制御
回路を提供できた。さらにまた、各設定器や出力回路に
抵抗分圧器を用い、定数の設定変更や出力電圧の調整お
よび変更を容易にできるよう構成した。その結果異なる
定格の変圧器への適用または互換性にすぐれ、かつ変圧
器の総合損失を最小にする最適化係数などの微調整が容
易な変圧器用冷却器の可変速制御装置を提供することに
貢献できる。

【図面の簡単な説明】

Ｎ１図は本発明の実施例を示す制御回路の接続図、第２
図は第１図の実施例における負荷率対本体損失特性図、
第３図は第１図の実施例における本体損失対運転周波数
特性図である。 図において、１・・・変圧器、２・・・変流器、３・・
・温度センサ、４・・・冷却器、１０・・・　信号入力
回路、１１・・・　交直変換器、１２・・・電流電圧変
換器、１３．１４・・・絶縁アンプ、２０・・・　アナ
ログ式演算部、２１・・・２乗アンプ、２３・・・　焦
負荷損設定器、２４・・・和算回路、２５・・・温度補
正回路、３０・・・最適化係数設定回路、４０・・・　
合成回路、３１，３２．３３・・・　最適化係数設定器
、６０・・・　出力回路、６０・・・ｖｖｖｐインバー
タ、５４・・・最低運転周波数設定抵抗器である。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）変圧器のｆｊｊ＆荷電流ならびに油温をそれぞれ検
   出する変流器および温度センサの出方信号を外部入力と
   し可変電圧可変周波数インバータにより冷却器用電動機
   の運転周波数を制御するものにおいて、前記外部入力と
   定数設定用の直流電圧とを絶縁増幅器を介して出方する
   信号入力回路、この信号入力回路の出力負荷電流信号を
   入力とする２乗アンプならびにこの２乗アンプの出力油
   温信号と無負荷損設定器の出力無負荷損信号とを入力と
   する和算回路ならびにこの和算回路の出力本体損失信号
   と信号入力回路の出力油温信号とを入力とする温度補正
   回路からなる負荷率対本体損失のアナログ式演算部と、
   この演算部の出力信号と油温信号と定数設定用の直流電
   圧とをそれぞれ一方の入力とし総損失を最小にする係数
   を設定できる３組の最適化係数設定器と、この３組の最
   適化係数設定器の出力信号を入力とし周波数指令信号を
   出力する合成回路と、周波数指令信号を前記可変電圧可
   変周波数インバータに伝送する出力回路とを備えたこと
   を特徴とする変圧器用冷却器の制御回路。 ２、特許請求の範囲第１項記載の回路において、信号入
   力回路が、変流器からの負荷電流信号を入力とし高域濾
   波器を有する整流回路と整流回路の出力電流を電圧に変
   換する変換器とを備えたことを特徴とする変圧器用冷却
   器の制御回路。 ３）特許請求の範囲第１項記載の回路において、絶縁増
   幅器が光結合部を有することを特徴とする変圧器用冷却
   器の制御回路。 ４）特許請求の範囲第１項記載の回路において、無負荷
   損設定器および最適化係数設定器が抵坑分圧器を含むこ
   とを特徴とする変圧器用冷却器の制御回路。 ６）特許請求の範囲ｆｉ１項記載の回路において、出力
   回路がサーボ反転回路により駆動される抵抗分圧器によ
   り運転周波数を連続制御する周波数指令信号が出力され
   、かつ可変抵仇器に直列に下限周波数設定抵払器が接続
   されたことを特徴とする変圧器用冷却器の制御回路。